Rust er en kendsgerning på jorden såvel som mindst en anden planet i solsystemet: Mars. Jordens rødlige nuance skyldes stort set tilstedeværelsen af jernoxid eller rust på overfladen. Rust er resultatet af kombinationen af jern og ilt i en proces kaldet oxidation, og tilstedeværelsen af rust på Mars antyder, at der muligvis har været mere molekylært ilt på planeten tidligere, skønt kuldioxid, som er hovedkomponenten i Mars 'nuværende atmosfære, også kan levere ilt. Udover gasformigt ilt har rustdannelsen brug for vand, fordi det er en totrins proces. Det er en indikation af, at vand måske har været rigeligt på Mars for længe siden.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Dannelsen af rust kræver jern, vand og ilt. Selvom det er en kompleks proces, er den kemiske ligning simpelthen 4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe (OH)3.
Det første trin: Oxidation af fast jern
Det er almindeligt kendt, at rust opstår, når du efterlader vand på et metalredskab, eller hvis du lader det udsættes for fugtig luft. Det skyldes, at det første trin i rustprocessen involverer opløsning af fast jern i opløsning. Formlen for dette er:
Fe (s) → Fe2+(aq) + 2e-
Elektronerne produceret ved denne reaktion kombineres med brintioner i vandet såvel som med opløst ilt for at producere vand:
4e- + 4H+(aq) + O2(aq) → 2H2O (l)
Disse to reaktioner producerer vand og jern (II) ioner, men ikke rust. For at det skal danne sig, skal en anden reaktion forekomme.
Andet trin: Dannelse af hydreret jernoxid (rust)
Forbruget af hydrogenioner, der opstår, når jern opløses, efterlader en overvægt af hydroxid (OH-) ioner i vandet. Jern (II) ionerne reagerer med dem og danner grøn rust:
Fe2+(aq) + 2OH-(aq) → Fe (OH)2(s)
Det er ikke slutningen på historien. Jern (II) ionerne kombineres også med brint og ilt i vandet for at producere jern (III) ioner:
4Fe2+(aq) + 4H+(aq) + O2(aq) → 4Fe3+(aq) + 2H2O (l)
Disse jernioner er ansvarlige for dannelsen af den rødlige aflejring, der gradvist spiser huller i auto kroppe og metal tagdækning over hele verden. De kombineres med de ekstra hydroxidioner til dannelse af jern (III) hydroxid:
Fe3+(aq) + 3OH-(aq) → Fe (OH)3
Denne forbindelse dehydrerer til at blive Fe2O3.H2O, som er den kemiske formel for rust.
Skrivning af den afbalancerede ligning
Hvis du er interesseret i at skrive en afbalanceret ligning for hele processen, behøver du kun kende de indledende reaktanter og reaktionens produkter. Reaktanterne er jern (Fe), ilt (O2) og vand (H2O), og produktet er jern (III) hydroxid Fe (OH)3, så Fe + O2 + H2O → Fe (OH)3. I en afbalanceret ligning skal det samme antal ilt-, brint- og jernatomer vises på begge sider af ligningen. Balance antallet af hydrogenatomer ved at gange antallet af vandmolekyler med 6 og antallet af hydroxidmolekyler med 4. Du skal derefter multiplicere antallet af O2 molekyler med 3 og antallet af Fe-ioner med 4. Resultatet er:
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe (OH)3